JP2020024229A - 吸気流量測定装置および吸気流量測定装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、吸気ダクトに挿入される吸気流量測定装置に湿度検出素子を搭載したものが開示されている(図20参照)。
しかし、図19中において右上がり線で示す相対湿度のカーブは、高温になるほど急峻になる。このため、温度が高くなるに従って絶対湿度の検出誤差が広がるという課題がある。
湿度検出素子の温度がエンジンルームの熱影響によって高められると、上述したように、湿度の検出誤差が広がって検出精度の悪化を招いてしまう。
図1〜図7に基づいて実施形態1を説明する。
吸気流量測定装置100は、車両走行用のエンジンへ吸気を導く吸気ダクトDに搭載される。即ち、吸気流量測定装置100は、エンジンルーム内に搭載される。
吸気流量測定装置100が組み付けられる吸気ダクトDは、エアクリーナのアウトレットや吸気管である。吸気ダクトDには、吸気流量測定装置100を組付けるための装着穴Daが設けられている。装着穴Daは、吸気ダクトDの内外を貫通する筒形状に設けられている。
吸気流量測定装置100は、吸気ダクトDの外部に配置されて装着穴Daを覆うフランジ部3aと、装着穴Daおよび吸気ダクトDの内部に配置される筐体3とを備える。
この筐体3には、吸気ダクトD内を通過する吸気の流量を測定する流量センサ4と、吸気ダクトD内を通過する吸気の湿度を測定する湿度検出素子13とが設けられる。
本体部2と湿度センサ12は、互いに独立した状態でそれぞれがフランジ部3aに支持される。
湿度センサ12は、湿度検出素子を搭載する回路基板15と、湿度検出素子13および回路基板15を被覆する成形樹脂17とを有する。
なお、この実施形態1では、上述した回路基板15が素子ターミナルに相当する。
なお、図6では、ベース部1の断面形状を四角で示すが、もちろん限定するものではなく、円形など他の形状であっても良い。
本体部2の内部には、吸気ダクトDの内部を流れる吸気の一部が通過するバイパス通路5とサブバイパス通路6が設けられる。
流量センサ4は、吸気流量を測定する流量検出部8aを有するセンサ基板8を備えるとともに、コネクタ7を介して電気的に接続される流量センサ回路9を備える。また、流量センサ4は、流量センサ回路9を収容する回路ボディ4aを備える。
なお、流量センサ回路9は、流量検出部8aで検出した流量を吸気の温度で補正し、補正後の流量信号をデジタル信号化して出力するように設けられている。
吸気温度センサ11は、図1に示すように、本体部2の外部に配置されて、本体部2の外部を通過する吸気の温度を測定する。具体的な一例として吸気温度センサ11は、本体部2の熱影響を極力受けないように、吸気温度センサ11が本体部2から離れた中空に配置される。
なお、吸気温度センサ11の測定した吸気の温度信号は、抵抗値変化を電圧として取り出しても良いし、デジタル信号化して出力させても良い。
湿度センサ12は、本体部2の熱影響を極力受けないように、湿度センサ12が本体部2から離されるとともに、吸気ダクトDの内部を通過する吸気が直接あたるように配置される。
即ち、湿度センサ12における幅広の面が、吸気の流れ方向に対して平行に配置される。
湿度センサ12は、吸気の湿度を測定する湿度検出素子13を備える。
湿度センサ12は、湿度検出素子13の湿度信号を外部へ向けて出力するための湿度センサ回路14を備える。
湿度検出素子13と湿度センサ回路14は、回路基板15に搭載される。
湿度センサ12は、湿度検出素子13と湿度センサ回路14の温度を、吸気の温度に近づけるための金属製の放熱プレート16を備える。
湿度センサ12は、回路基板15に搭載された湿度検出素子13と湿度センサ回路14を被覆する成形樹脂17を備える。
なお、この実施形態1では湿度検知部13aの一例として静電容変化量式を用いるが、限定するものではなく、抵抗変化式など他の型式を採用しても良い。
回路基板15は、x1方向へ長く伸びる長方形状を呈する。湿度検出素子13は、吸気ダクトDの中心に近い側の回路基板15に搭載される。湿度センサ回路14は、湿度検出素子13よりもフランジ部3aに近い側の回路基板15に搭載される。
この成形樹脂17には、湿度検出素子13の一部に吸気を直接導く窪み形状の窓部17aが設けられている。なお、この実施形態1では、窓部17aが本体部2に対向して配置され、放熱プレート16が本体部2とは異なる方向に配置されるものであるが、限定するものではなく、逆であっても良い。
成形樹脂17の断面形状は限定するものではなく、例えば成形樹脂17の端に丸みを付けて吸気抵抗を減らしても良い。あるいは、成形樹脂17の上流端と下流端を流線形に設けたり、尖らせて吸気抵抗を減らしても良い。
湿度用ターミナル18と回路基板15は、x1方向に離れて設けられる。即ち、湿度用ターミナル18において最も回路基板15に近い端と、放熱プレート16において湿度用ターミナル18に最も近い端との間には、x1方向に物理的な距離が存在する。
電気接続部19は、湿度用ターミナル18および回路基板15に比べて、熱が伝わりにくいものである。具体的に、電気接続部19は、上述したようにワイヤボンディングによる細線であり、断面積が極めて小さく設けられている。このため、電気接続部19の熱伝導率は、湿度用ターミナル18および回路基板15の熱伝導率より低くなっている。
成形樹脂17の外部に露出した箇所の湿度用ターミナル18は、インサート成形によってベース部1およびフランジ部3aに埋設される。なお、この実施形態1では、湿度用ターミナル18の端部が、図5に示すように流量用ターミナル10の途中と電気的に接続される例を示す。しかし、図5とは異なり、湿度用ターミナル18を独立させて、湿度用ターミナル18の端部をコネクタ7の内部に露出させても良い。
この分断部αの断面積を分断部断面積α1とする。即ち、分断部αにおける成形樹脂17の断面積を分断部断面積α1とする。この分断部断面積α1は、分断部αをx1方向に対して垂直にカットした箇所の面積であり、分断部断面積α1を求める箇所を図1の破線で示す。また、分断部αをx1方向に対して垂直にカットした本体部2および湿度センサ12の断面を、図6(b)に示す。
この根元部βの断面積を根元部断面積β1とする。即ち、樹脂によって設けられるベース部1の断面積を根元部断面積β1とする。この根元部断面積β1は、根元部βをx軸方向に対して垂直にカットした箇所の面積であり、根元部断面積β1を求める箇所を図1の破線で示す。また、根元部βをx軸方向に対して垂直にカットしたベース部1の断面を、図6(a)に示す。
吸気流量測定装置100は、分断部断面積α1が根元部断面積β1より小さく設けられる。
分断部断面積α1を小さく設けることで、分断部αの熱抵抗が大きくなる効果が得られる。これにより、吸気ダクトDの外部の熱がフランジ部3aを介して湿度センサ12に伝えられても、湿度センサ12に伝えられた熱が分断部αで遮断されて湿度検出素子13に到達しにくくなる。この作用を第1作用とする。
また、分断部断面積α1を小さく設けることで、分断部αの熱容量を小さくできる。これにより、分断部αが冷えやすくなる効果が得られる。このため、吸気ダクトDの内部を通過する吸気によって分断部αの温度を積極的に下げることができる。この作用を第2作用とする。
これにより、エンジンルームの熱影響等によって湿度検出素子13の温度が上昇する不具合を回避でき、湿度検出素子13の温度を、吸気ダクトD内を流れる吸気の温度と略同じにできる。その結果、エンジンルームの熱影響によって湿度の検出誤差が広がるのを防ぐことができ、吸気流量測定装置100に搭載した湿度センサ12によって、エンジンに吸い込まれる吸気の湿度(具体的には、重量絶対湿度)を高精度に測定することができる。
この実施形態1では、本体部2と湿度センサ12が互いに独立した状態でフランジ部3aおよびベース部1に支持される。このため、吸気ダクトDの外部から伝えられた熱は、本体部2と湿度センサ12に分散することになり、湿度センサ12に伝わる熱量が抑えられる。そして、湿度センサ12に伝わる分散後で少なくなった熱量は、吸気ダクトD内を通過する吸気によって奪われる。
このように、この実施形態1では、そもそも吸気ダクトDの外部から伝えられた熱の全てが湿度センサ12に伝わらない構成を採用することに加えて、さらに分断部断面積α1が根元部断面積β1より小さい構成を採用している。このため、分断部αや電気接続部19を超えて湿度検出素子13側に達する熱を、より低減化することができる。
電気接続部19の熱抵抗は、湿度用ターミナル18の熱抵抗より大きく設けられる。
このように設けることで、電気接続部19による熱の遮熱効果を高めることができ、電気接続部19を介して湿度検出素子13に達する熱を抑えることができる。その結果、湿度用ターミナル18を介して外部から伝えられた熱で湿度検出素子13が昇温する不具合を回避できる。
この実施形態1で採用する電気接続部19は、ワイヤボンディングによって設けられた導電性の細線であり、金、銅、アルミ等により設けられる。
電気接続部19としてワイヤボンディングによる細線を用いることにより、電気接続を行う金属の断面積を小さくできる。このため、電気接続部19の熱抵抗を大きくすることができ、電気接続部19による熱の遮断効果を高めることができる。また、ワイヤボンディングを用いることにより、湿度用ターミナル18と回路基板15を電気的に接続する際の生産性を高めることができる。
即ち、電気接続部19としてワイヤボンディングによる細線を採用することにより、電気接続部19による熱の遮断効果と、電気的な接続作業の生産性を高める効果の両立を図ることができる。
湿度用ターミナル18の熱伝導率は、流量用ターミナル10の熱伝導率より低く設けられる。その一例を説明する。流量用ターミナル10は、銅によって設けられる。これに対し、湿度用ターミナル18は、銅より熱伝導率の低いリン青銅によって設けられる。
湿度用ターミナル18は、図7に示すように、回路基板15に近づくに従って細く設けられる。このことを具体的に説明する。
湿度用ターミナル18のうちで、回路基板15から最も離れた箇所の幅寸法をd1とする。湿度用ターミナル18のうちで、回路基板15に最も近い箇所の幅寸法をd2とする。幅寸法d1>幅寸法d2の関係に設けられる。
幅寸法d1における板厚と、幅寸法d2における板厚は同じである。このため、湿度用ターミナル18の断面積は、回路基板15から離れた側に比較して、回路基板15に近い側が小さくなる。その結果、湿度用ターミナル18の熱抵抗は、回路基板15から離れた側に比較して、回路基板15に近い側が大きくなる。
この実施形態1では、吸気流量測定装置100を吸気ダクトDに組付けた状態において、吸気ダクトDを通過する吸気が分断部αに直接あたる位置に配置される。具体的には、吸気ダクトDの上流側から見た場合に、吸気ダクトDの内側に分断部αが配置される。
このように設けることで、吸気ダクトDを流れる吸気によって分断部αを強制的に冷やすことができる。これにより、外部から分断部αを介して湿度検出素子13に達する熱を抑えることができる。
上記では、吸気抵抗を抑えるべく、湿度センサ12の幅広面を吸気の流れ方向に対して平行に配置する例を示した。他の実施形態として、分断部αに吸気を強くあてて分断部αの冷却効果を高める目的で湿度センサ12の幅広面を吸気の流れ方向に対して傾斜配置しても良い。即ち、z軸方向に対してz1方向を傾斜させても良い。
図8に基づいて実施形態2を説明する。なお、以下の各実施形態において上記実施形態1と同一符合は同一機能物を示すものである。また、以下では、上述した実施形態に対する変更箇所のみを開示するものであり、以下の各実施形態において説明していない箇所については先行して説明した形態を採用するものである。
この実施形態2の凹部γは、図8に示すように、分断部αにおける成形樹脂17のy1方向の厚みを、他のy1方向の厚みに比較して薄くするものである。
実施形態3を図9に基づき説明する。
この実施形態3は、上記実施形態2と同様に、分断部断面積α1をより小さくする技術として、成形樹脂17に凹部γを設けたものである。
この実施形態3の凹部γは、図9に示すように、分断部αにおける成形樹脂17のz1方向の幅を、他のz1方向の幅に比較して小さくするものである。
このように設けることで、上記実施形態2と同様の効果を得ることができる。
実施形態4を図10に基づき説明する。
実施形態4の電気接続部19は、成形樹脂17より熱伝導率の低いセラミックの表面に、導電性の金属パターンがプリントされたセラミック基板である。なお、金属パターンを成す金属は、銅や銀などである。
即ち、電気接続部19としてセラミック基板を用いることで、電気接続部19による熱の遮断効果と、電気的な接続作業性を高める効果と、分断部αの強度を高める効果を得ることができる。
実施形態5を図11に基づき説明する。
実施形態5の電気接続部19は、薄い絶縁性の樹脂フィルムの表面に導電性の金属パターンがプリントされた可撓性のあるフレキシブル基板である。なお、金属パターンを成す金属は、銅や銀などである。
即ち、電気接続部19としてフレキシブル基板を用いることにより、電気接続部19による熱の遮断効果を高める効果と、電気的な接続作業性を高める効果の両立を図ることができる。
実施形態6を図12に基づき説明する。
この実施形態6は、吸気ダクトD内を通過する吸気が電気接続部19に直接触れるように、成形樹脂17に開口部δを設けたものである。
なお、図12では、開口部δが板厚方向へ貫通する例を示すが、電気接続部19を吸気に露出させる窪み形状を呈するものであっても良い。
なお、開口部δを設ける技術を、後述する実施形態7に適用しても良い。即ち、本体部2に分断部αを設ける次の実施形態7の技術に開口部δを設けても良い。
実施形態7を図13に基づき説明する。
この実施形態7と後述する実施形態8は、本体部2に湿度検出素子13と分断部αを設けるものである。
即ち、筐体3は、流量センサ8と湿度検出素子13の両方を有する本体部2を備える。そして、筐体3のうち本体部2の一部が分断部αである。
本体部2の内部に回路基板15が配置されるものであっても、湿度用ターミナル18と回路基板15が離れるものであり、湿度用ターミナル18と回路基板15が離れる箇所の本体部2が分断部αである。
この実施形態7のように、湿度検出素子13が本体部2に配置されても、分断部断面積α1を根元部断面積β1より小さくすることで、吸気ダクトDの外部から与えられた熱が湿度検出素子13に伝わりにくい構成を実現できる。
その結果、外部から伝わる熱を分断部αで遮断して湿度検出素子13の温度上昇を抑える効果に加え、管壁から放出される輻射熱が湿度検出素子13を囲む部材によって遮断されて湿度検出素子13の温度上昇を抑える効果が得られる。
実施形態8を図14〜図17に基づき説明する。
流量センサ4は、流量検出部8aと湿度検出素子13が一体のセンサモジュールとして形成されている。即ち、筐体3は、実施形態7と同様、流量センサ8と湿度検出素子13の両方を有する本体部2を備える。そして、筐体3のうち本体部2の一部が分断部αである。
なお、複数のセンサターミナル20のうち、湿度検出素子13と電気的に接続されるものが素子ターミナルに相当する。
また、流量センサ回路9は、センサターミナル20に電気的に接続されている。そして、測定した吸気の流量をセンサターミナル20を介して、吸気流量測定装置100の外部に出力する。
流量検出部8a、湿度検出素子13および流量センサ回路9は、例えば熱硬化性樹脂などの高分子樹脂により一体的に埋設されて流量センサ4とされている。
実施形態8では、ケーシング30aの両側面に、右カバー30bおよび左カバー30cを取り付けることにより、内部に流量センサ4が固定された本体部2が設けられる。
図14に示すように、吸気ダクトDの上流側に面したケーシング30aの前面に、第2吸気取入口21aが形成される。
また、実施形態8では、図15に示すように、本体部2を構成する右カバー30bに第2サブ出口21cが形成される。
そこで、実施形態8では、吸気ダクトDを通過する吸気の一部を、湿度計測通路21を通過させることにより、間接的に流量センサ回路9を冷却する。即ち、流量センサ回路9の熱が流量検出部8aに影響を与えにくい構造となっている。
この収容部40は、本体部2の内部に設けられた空間であり、吸気ダクトDの内部を通過する吸気と遮断されている。
具体的に、収容空間40は、右カバー30bと左カバー30cの積層方向において、ケーシング30aを貫通するように形成されている。そして、ケーシング30aに対して右カバー30bと左カバー30cを取り付けた状態では、収容部40が外部と遮断された空間になる。
このため、湿度検出素子13が本体部2に設けられても、吸気ダクトDの外部から与えられた熱が湿度検出素子13に伝わりにくい構成を実現できる。
このように、分断部αの内部に収容部40を設けて、分断部断面積α1をより小さく設けることで、分断部αの熱抵抗をより大きくすることができる。このため、吸気ダクトDの外部から与えられた熱を、湿度検出素子13により伝えにくくすることができる。
仕切り壁26の一部は、サブバイパス通路6、湿度計測通路21および収容部40の形成に関係する。このように、仕切り壁26を利用して通路や収容部40を構成することにより、吸気流量測定装置100の構造をシンプルにすることができる。
さらに、湿度計測通路21に吸気ダクトDを通過する吸気の一部を流し、再び吸気ダクトD内へ戻すことができるのであれば、湿度計測通路21の吸気を排出する排出口、即ち、湿度計測通路21の第2サブ出口21cの位置および個数は、特に限定されるものではない。一例として実施形態8では、第2サブ出口21cよりも吸気上流側に第2吸気取入口21aを配置したため、湿度計測通路21内において吸気が滞留することを抑制することができる。
図14、図15では、第2サブ出口21cの開口面積が第2吸気取入口21aの開口面積よりも小さく設けられる例を示すが、第2サブ出口21cの開口面積を第2吸気取入口21aの開口面積よりも大きくしても良い。あるいは、第2サブ出口21cの開口面積を、第2吸気取入口21aの開口面積と同じに設けても良い。
また、実施形態8では、電気接続部19が収容される収容部40に空気が配置される構成であるが、この収容部40を真空に設けても良いし、あるいはゲルやエポキシなどの充填部材を充填する構成を採用しても良い。
流量用ターミナル10および湿度用ターミナル18が電気接続部19と接触する面をB1面とし、B1面の裏側の面をB2面と呼ぶ。
同様に、右カバー30bに流量用ターミナル10や湿度用ターミナル18側に突出する第2突出部30eを設け、この第2突出部30eで流量用ターミナル10および湿度用ターミナル18のB2面を支持する。
第2吸気取入口21aに吸気温センサ11を配置しても良い。あるいは、第2吸気取入口21aと吸気ダクトDの間に吸気温センサ11を配置しても良い。吸気温センサ11の吸気下流側に、湿度検出空間21bを配置する構成としても良い。
4・・・流量センサ 13・・・湿度検出素子
15・・・回路基板(素子ターミナル) 18・・・湿度用ターミナル
19・・・電気接続部 100・・・吸気流量測定装置
D・・・吸気ダクト Da・・・装着穴
α・・・分断部 α1・・・分断部断面積
β・・・根元部 β1・・・根元部断面積
Claims (11)
- エンジンへ吸気を導く吸気ダクト(D)の内外を貫通する装着穴(Da)に組み付けられて、前記吸気ダクトの内部を通過する吸気の流量を測定する吸気流量測定装置(100)において、
当該吸気流量測定装置は、前記吸気ダクトの外部に配置されて前記装着穴を覆うフランジ部(3a)と、前記装着穴の内部および前記吸気ダクトの内部に配置される筐体(3)と、この筐体に設けられて前記吸気ダクト内を通過する吸気の流量を測定する流量センサ(4)と、前記筐体に設けられて前記吸気ダクト内を通過する吸気の湿度を測定する湿度検出素子(13)とを備えるものであり、
さらに、当該吸気流量測定装置は、前記吸気ダクト内のみに配置されて前記湿度検出素子と電気的に接続された素子ターミナル(15、20)と、前記フランジ部を貫通する湿度用ターミナル(18)とを備え、
前記湿度用ターミナルと前記素子ターミナルは離れて設けられており、
前記湿度用ターミナルと前記素子ターミナルの間には、前記湿度用ターミナルと前記素子ターミナルを電気的に接続した電気接続部(19)が設けられており、
この電気接続部は、前記湿度用ターミナルおよび前記素子ターミナルに比べて、熱が伝わりにくいものであり、
前記筐体のうちで前記素子ターミナルと前記湿度用ターミナルの間を分断部(α)とし、この分断部の断面積を分断部断面積(α1)とし、前記筐体のうちで前記フランジ部側の端部を根元部(β)とし、この根元部の断面積を根元部断面積(β1)とした場合、前記分断部断面積が前記根元部断面積より小さいことを特徴とする吸気流量測定装置。 - 請求項1に記載の吸気流量測定装置において、
前記筐体は、前記流量センサが設けられた本体部(2)と、前記湿度検出素子が設けられた湿度センサ(12)とを備えるものであり、
前記本体部と前記湿度センサは、互いに独立した状態でそれぞれが前記フランジ部に支持されており、
前記湿度センサは、前記湿度検出素子を搭載する前記素子ターミナルとしての回路基板(15)と、前記湿度検出素子および前記回路基板を被覆した成形樹脂(17)とを有するものであり、
前記筐体のうち前記成形樹脂の一部が前記分断部であることを特徴とする吸気流量測定装置。 - 請求項1に記載の吸気流量測定装置において、
前記筐体は、前記流量センサと前記湿度検出素子の両方を有する本体部を備えるものであり、
前記筐体のうち前記本体部の一部が前記分断部であることを特徴とする吸気流量測定装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の吸気流量測定装置において、
前記電気接続部の熱抵抗は、前記湿度用ターミナルの熱抵抗より大きいことを特徴とする吸気流量測定装置。 - 請求項4に記載の吸気流量測定装置において、
前記電気接続部は、ワイヤボンディングによる導電性の細線であることを特徴とする吸気流量測定装置。 - 請求項4に記載の吸気流量測定装置において、
前記電気接続部は、表面に導電性の金属パターンがプリントされたセラミック基板であることを特徴とする吸気流量測定装置。 - 請求項4に記載の吸気流量測定装置において、
前記電気接続部は、表面に導電性の金属パターンがプリントされた可撓性のフレキシブル基板であることを特徴とする吸気流量測定装置。 - 請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の吸気流量測定装置において、
前記筐体は、前記湿度用ターミナルとは別に、前記流量センサと電気的に接続された流量用ターミナル(10)を埋設しているものであり、
前記湿度用ターミナルの熱伝導率は、前記流量用ターミナルの熱伝導率より低いことを特徴とする吸気流量測定装置。 - 請求項1〜請求項8のいずれか1つに記載の吸気流量測定装置において、
前記湿度用ターミナルは、前記素子ターミナルに近づくに従って細く設けられていることを特徴とする吸気流量測定装置。 - 請求項1〜請求項9のいずれか1つに記載の吸気流量測定装置において、
前記分断部は、前記吸気ダクト内を通過する吸気が直接あたることを特徴とする吸気流量測定装置。 - 請求項1〜請求項10のいずれか1つに記載の吸気流量測定装置において、
前記電気接続部は、前記筐体内に設けられた収容部(40)に配置されていることを特徴とする吸気流量測定装置。
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